Capacity explore comment la course pour répondre à la demande numérique croissante remodèle la conception des centres de données
La demande croissante de services numériques — allant du cloud computing aux charges de travail de l'IA — a déclenché un boom de la construction dans le secteur des centres de données, alors que les entreprises se précipitent pour augmenter leur capacité afin de répondre aux besoins mondiaux insatiables.
Microsoft, par exemple, prévoit d'investir 80 milliards de dollars dans des centres de données axés sur l'IA rien qu'en 2025, la moitié de cette somme étant destinée à des projets aux États-Unis. De même, le japonais SoftBank a l'ambition d'investir 100 milliards de dollars dans des infrastructures d'IA aux États-Unis au cours des quatre prochaines années.
Cette croissance explosive se reflète dans la projection selon laquelle le marché des centres de données pourrait monter en flèche pour atteindre une valorisation de 483 milliards de dollars d'ici 2029, selon les estimations de DLA Piper et TMT Finance.
L’ampleur de cet investissement s’accompagne toutefois de défis considérables. Les centres de données sont notoirement gourmands en ressources, consomment de grandes quantités d’énergie et occupent un espace physique considérable.
La Fondation Jack Kemp, un groupe de réflexion américain, estime qu'une seule requête ChatGPT nécessite environ 10 fois plus d'énergie qu'une recherche Google standard, avec une demande croissante qui pourrait faire grimper les factures d'énergie des consommateurs et des petites entreprises jusqu'à 70 % au cours des cinq prochaines années.
Capacity examine la manière dont les opérateurs de centres de données et les entreprises de construction gèrent la double pression d'une mise à l'échelle rapide pour répondre à la demande tout en garantissant que leurs projets sont construits de manière durable.
Vivre dans un monde matériel
On entend de plus en plus souvent dire que l'exploitation des centres de données est la principale cause des émissions énergétiques d'un site. Pourtant, la construction de nouvelles installations peut être tout aussi polluante que leur exploitation.
L'acier utilisé dans les centres de données est en grande partie dérivé de minerais de fer, créés à l'aide d'un procédé connu sous le nom de haut fourneau-four à oxygène basique, ou BF-BOF, qui utilise traditionnellement des fours à charbon.
Il existe également le béton, fabriqué à partir de ciment, qui nécessite des fours géants alimentés par de grandes quantités de combustibles fossiles. Les chiffres du cabinet d'architecture Gensler suggèrent que pour les centres de données, le béton peut représenter jusqu'à 80 % des émissions de carbone incorporées d'un site.
Dale Crawford, directeur exécutif du Steel Tube Institute, a déclaré à Capacity que la durée de vie d'un centre de données pouvant être aussi courte que sept à dix ans, les développeurs doivent se méfier des matériaux qu'ils utilisent pour obtenir une évaluation précise de la durabilité d'un site.
« Seuls 15 % des déchets de bois sont recyclés, mais 98 % de l’acier de construction est réutilisé ou recyclé à la fin de la vie d’un bâtiment, sans dégradation de sa qualité ou de son alliage », explique Crawford. « De même, les conduits en acier sont faciles à séparer et constituent le matériau le plus recyclé au monde, avec 60 à 80 millions de tonnes de ferraille recyclées chaque année. »
Du côté du béton, des entreprises comme Eco Material Technologies utilisent des pouzzolanes, ou des substituts de ciment en poudre fine, pour proposer des mélanges de béton à teneur en carbone considérablement réduite. L'entreprise récupère des déchets comme les cendres volantes des centrales au charbon, les traite à l'aide de son système ES Efficient Carbon Offloading (ECO), puis les utilise pour fabriquer un ciment à haute résistance et durable qui contient beaucoup moins de carbone que le ciment Portland traditionnel.
Les produits d'Eco Material sont présents dans environ la moitié des centres de données construits aux États-Unis et sont utilisés dans la construction de projets tels que la nouvelle usine de puces de TSMC en Arizona, les plates-formes de lancement de SpaceX au Texas et les installations de fabrication de batteries et de semi-conducteurs de Samsung à Taylor, au Texas.
Grant Quasha, PDG d'Eco Material Technologies, affirme que certaines entreprises se sont lancées dans les moindres détails pour tenter de réduire l'intensité des émissions de ces structures de construction.
Quasha explique que si certaines entreprises de construction étaient « ambivalentes » quant au contenu du béton, les développeurs et les utilisateurs finaux, comme ceux du secteur des centres de données, sont des acteurs conscients qui examinent attentivement leur chaîne d'approvisionnement.
« Des entreprises comme Meta disposent de groupes qui testent tous ces matériaux avancés dans ces différentes recettes pour déterminer la conception de mélange optimale pour créer leurs centres de données », ajoute-t-il.
Les nouveaux centres de données respectueux de l'environnement peuvent utiliser des produits tels que le ciment vert d'Eco Material, PozzoSlag, pour remplacer de 50 à 60 % le ciment et le béton, doublant ainsi efficacement les économies d'émissions par rapport à l'utilisation de matériaux cimentaires supplémentaires traditionnels.
Quasha révèle que le PozzoSlag d'Eco Material coûte à peu près le même prix que le ciment Portland, mais produit beaucoup moins de carbone pendant la construction.
S'attaquer aux émissions de Scope 3 grâce à des conceptions plus intelligentes
Compass Datacenters est un opérateur de centre de données qui est activement conscient de ses émissions de type Scope 3 (celles générées non pas par l'entreprise elle-même mais par la chaîne d'approvisionnement).
Nancy Novak, directrice de l'innovation chez Compass, affirme qu'il est essentiel pour l'entreprise d'examiner l'impact environnemental de l'ensemble de sa chaîne d'approvisionnement et pas seulement des opérations d'un site.
« L’environnement bâti, qui regroupe tout ce qui touche au monde de la construction, représente en moyenne 45 à 50 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre dans le monde », explique Novak. « De ce nombre, 12 à 15 % concernent uniquement la réalisation d’un projet, le reste étant consacré à l’entretien, à l’exploitation et à la modernisation des installations. »
« Dans le secteur des centres de données, c'est comme peindre un navire : tous les trois ans, vous redimensionnez, vous mettez à niveau et, au moment où vous remettez les derniers espaces de données, vous commencez déjà à les remettre à neuf et à les mettre à niveau avec les nouvelles technologies. »
Dans le cadre de leurs efforts, Novak et l’équipe de Compass ont méticuleusement essayé de mesurer la partie Scope 3 de leurs installations, une approche qui a conduit à une amélioration de la durabilité de 18 à 19 % en apportant des changements aux pratiques hors site.
« Nous étudions en profondeur chacun de nos partenaires de la chaîne d'approvisionnement et analysons leurs pratiques afin de pouvoir suivre notre empreinte carbone, puis la comparer aux normes du secteur pour pouvoir dire de manière empirique : voilà où nous en sommes, voilà où nous pouvons nous améliorer et voici pourquoi c'est tellement mieux que de procéder de manière traditionnelle. »
Outre les efforts durables de Compass, Novak souligne l’importance de la fabrication hors site et d’une approche de préfabrication basée sur les composants.
En tirant parti de sa chaîne d'approvisionnement, Compass peut créer des conceptions de centres de données modulaires hautement personnalisables, adaptées à la fabrication, améliorant ainsi les performances environnementales globales par rapport aux constructions traditionnelles.
Novak explique : « Lorsque vous regardez nos conceptions, nous avons l'ensemble de l'équipement, depuis nos murs d'air, y compris nos murs d'air hybrides qui sont à la fois de l'eau et de l'air, ainsi que nos générateurs, nos centres d'alimentation et notre structure entière, ainsi que nos plénums, pour amener les choses dans un environnement hors site. »
La durabilité ne se limite pas à l'équipement, mais Novak privilégie une approche holistique des conceptions. La constitution d'une équipe diversifiée permet de pousser les conceptions encore plus loin.
« Cette approche holistique nous permet d’avoir une main-d’œuvre plus diversifiée, plus sûre et de meilleure qualité », explique Novak. « Et grâce à la répétabilité des principaux espaces mécaniques, électriques et de plomberie d’un centre de données, nous obtenons une réduction des coûts grâce aux économies d’échelle. C’est la stratégie la plus importante de Compass, et elle s’est avérée extrêmement fructueuse grâce à notre chaîne d’approvisionnement étroitement couplée. »
Garder la tête froide : le rôle des systèmes d'air
Certains sites de centres de données s'appuient sur le refroidissement par air plutôt que par liquide pour réduire les quantités massives de chaleur générées par les serveurs fonctionnant en permanence.
Selon le guide de Vertiv sur les systèmes de refroidissement des centres de données , la température de fonctionnement idéale pour ces installations se situe généralement entre 70 et 75°F (21 et 24°C).
Pour maintenir les températures sous contrôle, Tony Abate, vice-président et directeur technique chez AtmosAir Solutions, affirme que les opérateurs doivent utiliser des technologies de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) efficaces et durables.
« Les centres de données doivent faire entrer des quantités importantes d’air extérieur pour refroidir les bâtiments et éviter la « chaleur fatale », qui peut endommager les composants et entraîner des pannes », a déclaré Abate à Capacity. « Cet air extérieur doit être filtré pour éliminer la saleté, le pollen et les polluants de combustion, des particules qui peuvent s’accumuler sur les filtres et les dissipateurs de chaleur des équipements, réduisant ainsi l’efficacité du refroidissement et augmentant les températures de fonctionnement. »
L’une des solutions mises en avant par Abate est l’ionisation bipolaire (BPI), une technologie de purification de l’air relativement nouvelle qui pourrait contribuer à prolonger la durée de vie des équipements des centres de données.
« Ces systèmes neutralisent la charge statique, qui peut endommager les équipements électroniques sensibles, et réduisent la quantité d’air extérieur nécessaire. Cela permet de réduire la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre, ce qui rend les centres de données plus respectueux de l’environnement », explique M. Abate.
De plus, la technologie BPI améliore la qualité de l’air intérieur en préservant l’air des installations. « Les tubes BPI contribuent à garantir le fonctionnement optimal des installations, en protégeant les équipements électroniques tout en minimisant la consommation d’énergie des systèmes CVC, qui peut autrement augmenter les émissions de gaz à effet de serre », ajoute Abate.
La durabilité en action : les leçons de LuxConnect
LuxConnect, une société de centres de données basée au Luxembourg, est un opérateur européen qui place la durabilité au premier plan de ses installations.
L'opérateur a une structure peu orthodoxe par rapport à la plupart des autres opérateurs de centres de données, dans la mesure où il a été créé par le gouvernement luxembourgeois - mais bien qu'il soit détenu par l'État, c'est une société gérée par le secteur privé.
Paul Konsbruck, PDG de LuxConnect, a déclaré à Capacity que ce modèle hybride lui a permis de donner la priorité aux projets de durabilité sans les mêmes pressions sur les bénéfices à court terme auxquelles sont confrontés les opérateurs privés.
Dès le début, LuxConnect a utilisé exclusivement des énergies renouvelables pour alimenter ses installations, s'approvisionnant principalement en électricité auprès de pays nordiques comme la Finlande et la Norvège, y compris l'énergie hydroélectrique et éolienne, dans le cadre de sa politique « d'empreinte carbone faible ou nulle ».
Mais au lieu de se concentrer uniquement sur le passage aux énergies renouvelables comme moyen de rendre les sites de centres de données plus écologiques, Konsbruck affirme que même quelque chose d'aussi simple que de baisser la température des salles de serveurs d'un degré ou deux peut « réduire considérablement » la consommation d'énergie.
L’équipe de LuxConnect s’efforce également de faire preuve de créativité pour réduire la chaleur perdue, transformant un sous-produit en une ressource précieuse.
L'entreprise a par exemple noué des partenariats avec des promoteurs locaux pour réutiliser la chaleur résiduelle dans des projets à proximité, comme le chauffage de futures maisons de retraite et d'appartements. L'exploitant utilise également Kiowatt, une centrale de cogénération située à proximité, pour transformer les déchets de bois provenant des meubles en électricité.
Konsbruck explique : « L'usine brûle des déchets de bois, donc la chaleur qui est habituellement libérée dans l'atmosphère est injectée dans le réseau électrique de la zone d'activité voisine. Une partie de la chaleur générée par la turbine est utilisée pour sécher du bois frais pour la production de granulés de bois, puis 65 % de la chaleur restante est transformée en eau froide, qui est ensuite transportée via un réseau souterrain vers le centre de données. »
Il s'agit d'un processus complexe, mais dont le PDG affirme que LuxConnect est fier, car il réduit les émissions totales de CO2 du Luxembourg d'environ 27,000 XNUMX tonnes par an, tout en permettant à l'opérateur d'économiser de l'argent.
Konsbruck affirme que les efforts déployés par LuxConnect démontrent que la durabilité et la rentabilité des centres de données ne s'excluent pas mutuellement, l'entreprise souhaitant montrer l'exemple.
« Si vous voulez convaincre les autres acteurs du marché d’adopter une démarche aussi durable que possible, vous devez vous y mettre vous-même », dit-il. « Nous continuerons à le faire également pour montrer aux autres qu’il est possible d’être rentable d’une part, mais aussi de s’engager résolument en faveur de la durabilité d’autre part. »